[發明專利]一種永磁渦流聯軸器電磁轉矩三維解析計算方法

有效

• 申請號: 201911044766.9
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110795849B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 王堅
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 張賞

本發明提供一種永磁渦流聯軸器電磁轉矩三維解析計算方法，基于子域法電磁場計算模型，首先在直角坐標系下將永磁渦流聯軸器等效為永磁陣列、氣隙、導體和導體背鐵4個子域；然后計算導體和導體背鐵場域磁矢勢表達式中與諧波次數相關的各系數的具體形式；最后得到在給定氣隙和轉差率大小下的電磁轉矩數值。本發明方法有效模擬了導體和導體背鐵中的三維渦流路徑，所建立的三維電磁場計算模型貼近實際情況，能夠精確并快速預測各種拓撲結構的永磁渦流聯軸器在不同轉差速度、氣隙等工況條件下的電磁轉矩大小。

技術領域

本發明涉及一種永磁渦流聯軸器電磁轉矩三維解析計算方法，屬于運動導體渦流分析技術領域。

背景技術

永磁渦流聯軸器具有不產生電磁諧波、減振效果好、總成本低、維護費用低、使用壽命長等特性，在諸多工業領域具有廣泛的應用前景。永磁渦流聯軸器主要由永磁轉子和導體轉子兩部分組成，其中導體轉子主要由銅層及背鐵層構成，永磁轉子主要由永磁陣列及其背鐵構成。永磁渦流聯軸器通常將永磁轉子與負載軸連接，將導體轉子與電動機轉軸連接，轉矩由電動機側通過氣隙中的電磁場傳遞至負載端，從而實現無接觸轉矩傳遞。

對永磁渦流聯軸器進行轉矩預測，目前主要采用有限元方法和解析計算方法。但是，有限元法在求解永磁渦流聯軸器運動導體渦流問題過程中存在耗時長、數值解可能產生振蕩乃至不收斂、高轉差速度情況下計算誤差較大等缺點，因此有限元方法更適于用作一種驗證手段。相比之下，解析模型具有物理意義明晰、計算耗時少和低計算機資源需求等優點。因此，在永磁渦流聯軸器的設計和優化階段更適合采用解析方法進行分析。

專利ZL?201610303303.X提出了一種軸向磁通永磁渦流聯軸器電磁轉矩二維解析算法，通過確定導體及其背鐵在二維場域磁矢勢表達式中與諧波次數相關的各系數具體形式，并計算計及實際三維渦流路徑的渦流橫向效應修正因子，在此基礎上得到電磁轉矩。實際應用過程中，基于二維電磁場分析的電磁轉矩解析算法盡管分析模型簡單，但是存在計算準備過程復雜、步驟繁瑣等問題，以及二維解析算法未能完全解決高轉差速度情況下轉矩計算結果與實際值偏差較大的問題。要解決以上問題，需要對永磁渦流聯軸器中三維物理場進行準確描述并有效求解，并實施基于三維電磁場解析表述的電磁轉矩計算。

發明內容

本發明的目的是提供一種永磁渦流聯軸器電磁轉矩三維解析計算算法，解決現有技術中存在的計算準備過程復雜、步驟繁瑣、高轉差速度情況下轉矩計算結果與實際值偏差較大的問題，從而實現對各種拓撲結構的永磁渦流聯軸器在不同轉差速度、氣隙等工況條件下的電磁轉矩的精確預測。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明實施例提供一種永磁渦流聯軸器電磁轉矩三維解析計算方法，包括：

建立永磁渦流聯軸器在直角坐標下的三維場域幾何模型，并分析所建立的三維場域幾何模型的尺寸；

確定所述三維場域幾何模型中導體內諧波磁矢勢和導體背鐵內諧波磁矢勢；

根據所述導體內諧波磁矢勢和導體背鐵內諧波磁矢勢，以及所述三維場域幾何模型的尺寸，確定給定氣隙和轉差率大小下的永磁渦流聯軸器電磁轉矩。

進一步的，所述建立永磁渦流聯軸器在直角坐標下的三維場域幾何模型，包括：

選取1對磁極的永磁渦流聯軸器作為建模對象；

將永磁渦流聯軸器劃分為永磁陣列、氣隙、導體和導體背鐵4個子域；

按照厚度和體積不變的原則，將永磁陣列、氣隙、導體和導體背鐵依次等效為直角坐標下的長方體幾何模型。

進一步的，所述分析所建立的三維場域幾何模型的尺寸，包括：

在x軸方向對應盤式和筒式永磁渦流聯軸器的周向，模型在的x軸方向的尺寸大小為2τ_p，τ_p為極距；